研究課題
本研究では、π中間子およびK中間子などの粒子を含むハドロンビームに対して粒子識別を行う検出器を開発している。J-PARCハドロン実験施設 高運動量ビームラインは2020年度に稼働を始めた。現在は加速器から取り出された30GeVの一次陽子をそのまま実験に供している。将来的には粒子生成標的を挿入し、高運動領域における二次粒子ビームラインとして利用することが計画されているが、このラインには粒子弁別機能がない。生成された二次粒子、特にK中間子を同定することができれば、ストレンジクォークを2つ以上含むバリオンの生成が可能となる。これまでにこれらバリオンの情報、特に励起状態はよく調べられていない。よって、重いクォークを有するバリオンのスペクトルおよび崩壊様式を研究し、バリオン構造の研究を発展させるため、5GeV/cの運動量領域で粒子識別を行うリングイメージ型チェレンコフ検出器を開発する。輻射体としてはエアロジェルを用い、生成したチェレンコフリングイメージをMPPCで検出する。本年度は試作機を製作し、SPring-8 LEPSビームラインにおいて光子の対生成によって発生した電子を用い、性能試験を行った。この試験では、透過長を考慮した輻射体厚みの最適化と、集光方法およびMPPCによる光検出手法の確立を目的とした。また、実現される角度分解能を評価した。輻射体として千葉大学で開発された屈折率1.02のエアロジェルを用いた。想定した厚み10cmではエアロジェルによる光の散乱や吸収の影響は十分に小さいことが分かった。また、半径600mmの凹面鏡を製作し、生成されたリングイメージをMPPC上に集光することに成功した。読み出した光量から角度分解能を評価し、5GeV/cでπ中間子とK中間子を識別するために十分な性能を有することが確認された。実機を製作するための基礎的データを得ることができた。
2: おおむね順調に進展している
二年目までに基本的なデザインを行い、試作機の性能試験を実施することができた。これは当初計画通りである。ただし、高計数率耐性を有する回路の開発については少し遅れている。今後研究協力者とともに開発を進める。
これまでに検出器の設計に必要な基礎データを取得することができた。これをふまえ、実機の設計を行う。特に、集光のための凹面鏡の設置調整機構の開発、粒子ごとのリングイメージの選択機構の開発を行う。
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すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)
Physical Review Letters
巻: 126 ページ: 1-6
10.1103/PhysRevLett.126.062501
Progress of Theoretical and Experimental Physics
巻: 2020 ページ: 1-34
10.1093/ptep/ptaa139
